專利名稱：電平變換電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電平變換電路，具體來講涉及一種用于變換小幅值信號電平的電平變換電路以及包括電平變換電路和/或小幅值信號電平變換電路的半導體電路。
2.背景技術近年來，隨著大規模集成(LSI)電路的集成規模和速度日益增高，LSI電路消耗的電流總量引起了人們的關注。例如，當DRAM的集成規模增加兩倍，其電流消耗并不只增加兩倍。并且，因為時鐘頻率增加了，所增加的頻率總量導致電流消耗增加。迄今，例如已經采取了降低電源電壓的措施來降低電流消耗。為了實現上述方法，晶體管的容量必須顯著地提高，即使在很多情況下容量已經被提高到了飽和的水平。
已經建議了不同類型的方法作為不要求處理技術開發的低功率消耗技術。例如，在芯片上提供的塊之間的遠距離配線上的信號幅值的降低對于降低工作電流效果顯著。在使用大約256Mbit的DRAM的情況下，例如，總脈沖(burst)電流IDD4的大約45％與芯片上的配線中流動的充/放電電流相應。因此，當配線中的充/放電電流降低到二分之一時，即，當配線中的信號幅值降低到二分之一時，脈沖電流IDD4降低22.5％。
但是，將配線中的信號幅值降低到小電平出現了若干問題。第一，電平變換電路需要一個電路來接收小幅值信號。迄今，電平變換電路在許多地方都工作在低速并且使用小幅值信號，這犧牲了接收小幅值信號的電路的特點。因此，電平變換電路幾乎不被使用。
圖1A，1B和1C示出了用于傳輸小幅值信號的驅動電路，以及圖2A，2B和2C示出了其中的波形。一般而言，CMOS電路的輸出幅值由負載側的PMOS晶體管的源極電壓和驅動器側NMOS晶體管的源極電壓決定。在圖1A，1B和1C中的小幅值驅動器電路中，PMOS晶體管的源極電壓被處理得與NMOS晶體管的源極電壓不同，以便獲得小幅值信號。
圖1A中的小幅值驅動器電路包括電源電壓VDD、連接到地電壓VSS的倒相電路、電源電壓VDDL、和連接到地電壓VSSH的驅動倒相電路。驅動倒相電路將比電源電壓VDD低的電源電壓VDDL傳送到負載側的PMOS晶體管的源極電壓，并且將比地電壓VSS高的地電壓VSSH傳送到驅動器測的NMOS晶體管的源極電壓。因此，如圖2A所示，將輸入信號幅值VDD-VSS作為小幅值信號VDDL-VSSH來傳送。此時，PMOS晶體管的柵源極之間的電壓Vgs與幅值VDDL-VSS相應。進一步，NMOS晶體管的柵源極電壓Vgs與幅值VDD-VSSH相應。因為兩個電壓都較小，所以每個晶體管的開起電流Ids都較小并且充放電配線的容量較小。從而，每個晶體管的信號傳輸速度都較低。因此，每個PMOS和NMOS晶體管的閾值(Vt)在輸出級被降低，以便低于普通晶體管的閾值。從而，每個PMOS和NMOS晶體管的開起電流增高，以便配線的充放電容量和信號傳輸速度增加。
另一方面，在圖1B和1C中所示的每個小幅值驅動器電路中，在高電平側的晶體管或低電平側的晶體管的電壓都是低。圖2B和2C示出了圖1B和1C中所示的小幅值驅動器電路產生的波形。在圖1B所示的小幅值驅動器電路中，小于電源電壓VDD的電源電壓VDDL被傳輸到負載側的PMOS晶體管的源極電壓，并且將其幅值電平指示為VDDL-VSS。但是，當小幅值信號下降時，NMOS晶體管的柵極電壓是電源電壓VDD并且其源極電壓是電源電壓VSS。因此，電壓Vgs與幅值VDD-VSS相應。但是，當小幅值信號增加時，柵極電壓相應于電源電壓VSS，并且源極電壓相應于電源電壓VDDL。因此，電壓Vgs與幅值VDDL-VSS相應，電流Ids減小，并且輸入信號的上升速度變低。從而，已經開發出了用于通過僅僅降低驅動器電路中PMOS晶體管的閾值來增加信號傳輸速度的配置。
圖1C和2C示出了比地電壓VSS高的地電壓VSSH被傳輸到NOMS晶體管的源極電壓的范例，其中幅值電平被表示為VDDL到VSS。在該范例中，當小幅值信號增加時，PMOS晶體管的柵極電壓相應于地電壓VSS，并且其源極電壓相應于電源電壓VDD。因此，電壓Vgs與幅值VDD到VSS相應。但是，當小幅值信號下降時，柵極電壓相應于電源電壓VDD，并且源極電壓相應于電源電壓VDDL，以便電壓Vgs與幅值VDD到VSSH相應。因此，電流Ids減小，并且輸出信號的下降速度變低。從而，已經開發出了通過僅僅降低驅動器電路中NMOS晶體管的閾值來增加信號傳輸速度的配置。
圖3示出了第一已知的電平變換電路。第一已知的電平變換電路接受小幅值信號(VDDL到VSS)作為輸入信號，并且由于輸入級的比率操作而輸出全幅值信號。因此，輸入級電路的PMOS晶體管的容量小并且輸入級電路的NMOS晶體管的容量大，從而使得PMOS晶體管和NMOS晶體管來實現比率操作。因此，節點N12和N13的下降速度高，而其上升速度低。因此，即使第一已知電平變換電路可以在輸入信號IN增加時產生高速的輸出信號，第一已知電平變換電路在輸入信號IN下降時產生低速的輸出信號。特別地，在信號上升速度和信號下降速度之間出現了差別。因此，第一已知電平變換電路不能被用于信號在下降和上升時都需要以高速躍遷的情況。
圖4示出了根據日本未審專利申請公開號2002-135107的第二已知電平變換電路配置，該申請公開了用于解決上述第一已知電平變換電路的問題的技術。第二已知電平變換電路使用防止輸出信號被電平變換電路的比率操作產生的時間延遲影響的方法。在與第一已知電平變換電路以相同的方式配置的第二已知電平變換電路中，由于PMOS晶體管和NMOS晶體管的比率操作，節點N12和N13的上升速度高且其下降速度低。第二已知電平變換電路使用了僅僅將導致第二已知電平變換電路高速工作的輸入信號上升告知輸出信號的電路技術。但是，因為互補輸入級中的一個較慢，所以電源電壓VDD和地電壓VSS之間的直通電流較大。
并且，圖5示出了第三已知電平變換電路配置，它在日本未審專利申請公開號7-307661中公開，并且它被提供用于小幅值信號電平(VDDL到VSSH)。第三已知電平變換電路由比電源電壓VDD低的電源電壓VDDL和比地電壓VSS高的地電壓VSSH來操作，即信號幅值VDDL到VSSH。第三已知電平變換電路的接收器第一級包含反相緩沖器電路和用于降低電源電壓VDD的源極跟隨器晶體管。當輸入信號IN上升和變化時，節點N16下降并且直通電流產生。此時，源極跟隨器晶體管將電源電壓降低，以便減小直通電流。當輸入信號下降并變化時，節點N16上升，以便輸出信號OUT下降。因為輸出信號OUT下降，反饋PMOS晶體管接通以便節點N16的電壓下降到電源電壓VDD。因為第三已知電平變換電路的工作速度很容易受到PMOS晶體管和NMOS晶體管的比率操作以及接受小幅值信號的全幅電路的配置的影響，所以小幅值電壓電平、晶體管閾值、和接收器第一級的比率需要謹慎選擇以便防止直通電流產生。
發明內容
上述的已知的電平變換電路具有如下問題。即，即使通過增加接收器第一級中晶體管的比率以及在電源電壓側添加壓降電路，來配置每個已知的電平變換電路來減小直通電流，但電源電壓和低電壓之間的直通電流依然很大，因為通過具有高電源電壓的輸入級接收小幅值輸入信號。進一步，為了降低直通電流并且將小幅值信號轉換成電源電壓全振幅信號，小幅值電壓電平、晶體管閾值、輸入級比率等等都必須在限定條件下設定。因此，很難形成一種滿足上述要求并以高速工作的電平變換電路。
因此，本發明的一個目的是提供一種解決上述問題的電平變換電路，具有較小的直通電流、消耗功率總量小、并以高速工作，并且還提供一種包括該電平變換電路的半導體電路。
根據本發明的一個方面的電平變換電路包括輸入定時控制單元、PMOS驅動器控制單元、NMOS驅動器控制單元、和輸出單元。輸入定時控制單元接收小幅值信號作為輸入信號，并且輸出通過將輸入信號反相產生的經反相的輸入信號。輸出單元根據至少兩個控制信號傳輸大幅值輸出信號，該兩個控制信號傳輸自PMOS驅動器控制單元和NMOS驅動器控制單元，輸入信號和經反相的輸入信號被傳輸到PMOS驅動器控制單元和NMOS驅動器控制單元。
優選地，在電平變換電路中，輸出單元包括第一和第二晶體管，以便當第一晶體管被接通并傳輸第一大幅值電平信號時，第二晶體管被截止。進一步，當第二晶體管被接通并傳輸第二大幅值電平信號時，第一晶體管被截止。
優選地，在電平變換電路中，輸出單元進一步包括數據保持單元。每個傳輸自PMOS驅動器控制單元和NMOS驅動器控制單元的控制信號可以是單觸發脈沖控制信號。輸出單元可以通過該單觸發脈沖信號來輸出大幅值輸出信號，并且數據保持單元可以保持該大幅值輸出信號。
優選地，在電平變換電路中，單觸發脈沖信號的脈沖寬度可以與用于產生經反相的輸入信號的延遲時間相應。
優選地，在本發明的電平變換電路中，可以通過使用非觸發信號分隔經反相的輸入信號，以及將大幅值輸出信號連接到PMOS驅動器控制單元和NMOS驅動器控制單元，來保持大幅值信號。
根據本發明的另一方面的電平變換電路包括用于接收第三和第四電源電平小幅值輸入信號的輸入定時控制單元、PMOS驅動器控制單元、NMOS驅動器控制單元、和用于傳輸第一和第二電源電平大幅值輸出信號的輸出單元。輸出單元包括用于傳輸第一電源電平大幅值輸出信號的第一晶體管和用于傳輸第二電源電平大幅值輸出信號的第二晶體管。當第一晶體管被接通時，第二晶體管被截止，并且當第二晶體管被接通時，第一晶體管被截止。
優選地，在電平變換電路中，當導致小幅值輸入信號從第四電源電平躍遷到第三電源電平時，從PMOS驅動器控制單元傳輸過來的輸出信號可以被導致從第一電源電平躍遷到第四電源電平，并且在預定的時間之后躍遷到第一電源電平。進一步，當導致小幅值輸入信號從第三電源電平躍遷到第四電源電平時，從NMOS驅動器控制單元傳輸過來的輸出信號被導致從第二電源電平躍遷到第三電源電平，并且在預定的時間之后躍遷到第二電源電平。
優選地，在電平變換電路中，PMOS驅動器控制單元可以包括用于將第四電源電平輸出信號傳輸到輸出單元和第五晶體管的第三晶體管。當第三晶體管被接通并且接收在第三晶體管被截止的時間期間內傳輸自第一電源的功率時，第五晶體管可以將傳輸自第一電源的功率停止預定的時間。NMOS驅動器控制單元可以包括用于將第三電源電平輸出信號傳輸到輸出單元的第四晶體管，并包括第六晶體管。當第四晶體管被接通并且接收在第四晶體管被截止的時間期間內傳輸自第二電源的功率時，第六晶體管可以將傳輸自第二電源的功率停止預定的時間。
優選地，在電平變換電路中，通過使用非觸發信號，傳輸到第五和第六晶體管的每個的柵極的輸入信號可以被切換到輸出信號，從而保持該輸出信號。
根據本發明的另一方面的電平變換電路包括PMOS驅動器控制單元、NMOS驅動器控制單元、PMOS側電源控制單元、NMOS側電源控制單元、輸出單元和輸出反饋單元。PMOS驅動器控制單元和NMOS驅動器控制單元中的每一個都將小幅值輸入信號進行反相并且將經反相的小幅值輸入信號傳輸到輸出單元。一旦接收到經反相的信號和輸出信號和/或經延遲的輸出信號，PMOS側電源控制單元和NMOS側電源控制單元中的每一個都在輸出單元與至少一個電源之間建立和/或不建立電氣連續性，從而輸出單元傳輸大幅值輸出信號。
優選地，在電平變換電路中，在輸出信號被延遲的期間，PMOS側電源控制單元和NMOS側電源控制單元中的每一個都可以將大電流傳輸到輸出單元一段時間。
根據本發明的另一方面的電平變換電路包括輸出單元，該輸出單元包括用于傳輸第一電源電平大幅值信號的第一晶體管和用于傳輸第二電源電平大幅值信號的第二晶體管、包含第三和第四晶體管的PMOS側電源控制單元、和包含第五和第六晶體管的NMOS側電源控制單元。當第一晶體管被接通時，第三晶體管被接通，在第二電源電平大幅值輸出信號被導致躍遷到第一電源電平大幅值輸出信號之后，第三晶體管被截止，并且第四晶體管被接通。進一步，當第二晶體管被接通，在第一電源電平大幅值輸出信號被導致躍遷到第二電源電平大幅值輸出信號之后，第五晶體管被截止，并且第六晶體管被接通。
優選地，在電平變換電路中，在第一電源電平大幅值輸出信號被導致躍遷到第二電源電平大幅值輸出信號之后，第三和第六晶體管都被接通。進一步，在第二電源電平大幅值輸出信號被導致躍遷到第一電源電平大幅值輸出信號之后，第四和第五晶體管都被接通。
優選地，該電平變換電路可以進一步包括用于接收第三電源電平小幅值輸入信號和第四電源電平小幅值輸入信號的PMOS驅動器控制單元，以及用于接收第三電源電平小幅值輸入信號和第四電源電平小幅值輸入信號的NMOS驅動器控制單元。PMOS驅動器控制單元可以通過接收第三電源電平小幅值輸入信號，可以傳輸第四電源電平的輸出信號，并且通過接收第四電源電平小幅值輸入信號，傳輸第一電源電平的輸出信號。進一步，NMOS驅動器控制單元可以在接收到第四電源電平小幅值輸入信號時，傳輸第三電源電平的輸出信號，并且可以在接收到第三電源電平小幅值輸入信號，傳輸第二電源電平的輸出信號。
優選地，在電平變換電路中，PMOS驅動器控制單元可以包括用于傳輸第四電源電平輸出信號的第七晶體管、和用于傳輸第一電源電平輸出信號的第八晶體管。當第四電源電平輸出信號被傳輸時，第八晶體管可以被截止。當第一電源電平輸出信號被傳輸時，第七晶體管可以被截止。NMOS驅動器控制單元包括用于傳輸第三電源電平輸出信號的第九晶體管、和用于傳輸第二電源電平輸出信號的第十晶體管。當第三電源電平輸出信號被傳輸時，第十晶體管可以被截止。進一步，當第二電源電平輸出信號被傳輸時，第九晶體管可以被截止。
優選地，在電平變換電路中，通過使用觸發信號和/或非觸發信號，PMOS驅動器控制單元可以與第一電源中分離，并且NMOS驅動器控制單元可以與第二電源中分離。
根據本發明另一方面的半導體電路包括至少上述的電平變換電路之一。
根據本發明另一方面的半導體電路包括驅動電路、緩沖電路、和電平變換電路，該驅動電路用于產生第三電源電平信號和第四電源電平信號，該緩沖電路接收第三電源電平信號和第四電源電平信號并將其轉換成第一電源電平信號和第二電源電平信號，并將轉換后的信號作為第三電源電平信號和第四電源電平信號進行輸出，該電平變換電路接收傳輸自緩沖電路的第三電源電平信號和第四電源電平信號并將其轉換成第一電源電平信號和第二電源電平信號。
根據本發明，獨立的控制信號被傳輸到驅動器控制單元和輸出晶體管的每一個，以便防止驅動器控制單元和輸出晶體管在同時工作并且減小直通電流。進一步，因為晶體管比率可以被容易地選擇，所以增加了設計靈活性程度，并且速度得到了增強。因此，可以獲得消耗功率總量少并且以高速工作的電平變換電路。進一步，可以獲得包括該電平變換電路的半導體電路。
圖1A示出了相關驅動電路的配置；圖1B示出了另一個相關驅動電路的配置；圖1C示出了另一個相關驅動電路的配置；圖2A示出了圖1A中所示的相關驅動電路的波形；圖2B示出了圖1B中所示的相關驅動電路的波形；圖2C示出了圖1C中所示的相關驅動電路的波形；圖3示出了第一已知的電平變換電路的配置；圖4示出了第二已知的電平變換電路的配置；圖5示出了第三已知的電平變換電路的配置；圖6示出了根據本發明的第一實施例的電平變換電路的配置；圖7示出了第一實施例的電平變換電路的波形；圖8示出了根據本發明的第二實施例的電平變換電路的配置；圖9示出了根據本發明的第三實施例的電平變換電路的配置；圖10示出了第三實施例的電平變換電路的波形；圖11示出了根據本發明的第四實施例的電平變換電路的配置；和圖12示出了根據本發明的第五實施例的半導體電路的配置；具體實施方式
現在將參考附圖來說明本發明的電平變換電路。
(第一實施例)將參考圖6和7對本發明的第一實施例進行詳細地說明。圖6示出了該實施例的電平變換電路。輸入到其上的小幅值電平電壓包括比電源電壓低的高電平電壓VDDL和比地電壓高的低電平電壓VSSH，其中保持VDDL＞VSSH。電平變換電路包括輸入端子1、輸入定時控制單元102、PMOS驅動器控制單元103、NMOS驅動器控制單元104、輸出晶體管MP5、輸出晶體管MN5、數據保持單元105、和輸出端子2。
輸入定時控制單元102包括具有PMOS晶體管MP1和NMOS晶體管MN1的第一級倒相器，其中晶體管MP1和MN1由電源電壓VDDL到VSSH操作并接收輸入信號IN。輸入定時控制單元102進一步包括具有PMOS晶體管MP2和NMOS晶體管MN2的下一級倒相器，其中晶體管MP2和MN2由電源電壓VDDL到VSSH操作并接收輸入信號IN。在第一級倒相器中，PMOS晶體管MP1的源極連接到電壓VDDL，其柵極連接到輸入信號IN，并且其漏極連接到節點N1。進一步，NMOS晶體管MN1的源極連接到電壓VSSH，其柵極連接到輸入信號IN，并且其漏極連接到節點N1。輸入信號IN被反相，并且經反相的信號被傳輸到節點N1。經反相的信號進一步被傳輸到下一級倒相器(晶體管MP2和MN2)和晶體管MP3和MN3的柵極。在下一級倒相器中，PMOS晶體管MP2的源極連接到電壓VDDL，其柵極連接到節點N1，并且其漏極連接到節點N2。該下一級倒相器接收從作為第一級倒相器的輸出端的節點N1輸出的信號，并且將該輸出信號作為信號節點N2輸出到PMOS晶體管MP4和NMOS晶體管MN4的源極。
PMOS驅動器控制單元103包括PMOS晶體管MP3和NMOS晶體管MN4。PMOS晶體管MP3的源極被連接到電源電壓VDD，其柵極被連接到節點N1，并且其漏極被連接到節點N3。NMOS晶體管MN4的源極被連接到節點N2，其柵極被連接到輸入信號IN，并且其漏極被連接到節點N3。PMOS驅動器控制單元103將其輸出信號作為信號節點N3傳輸到輸出晶體管MP5的柵極。NMOS驅動器控制單元104包括NMOS晶體管MN3和PMOS晶體管MP4。NMOS晶體管MN3的源極被連接到地電壓，其柵極被連接到節點N1，并且其漏極被連接到節點N4。PMOS晶體管MP4的源極被連接到節點N2，其柵極被連接到輸入信號IN，并且其漏極被連接到節點N4。NMOS驅動器控制單元104將其輸出信號作為信號節點N4傳輸到輸出晶體管MN5的柵極。在此，形成了具有小容量的PMOS晶體管MP3和NMOS晶體管MN3，以便為節點N3和N4預先充電。在此，保持MP3＜＜MN4和MN3＜＜MP4。在這種情況下，每個晶體管MP3、MN3、MP4和MN4具有低閾值(低電壓Vt)。
輸出晶體管MP5的源極被連接到電源電壓VDD，其柵極被連接到節點N3，并且其漏極被連接到輸出OUT。輸出晶體管MN5的源極被連接到地電壓VSS，其柵極被連接到節點N4，并且其漏極被連接到輸出OUT。提供數據保持單元105作為保持電路用于保持輸出數據。保持單元105包括倒相器電路INV1和倒相器電路INV2。倒相器電路INV1使用輸出OUT作為其輸入端。倒相器電路INV2使用倒相器電路INV1的輸出端作為其輸入端，并且將其輸出信號傳輸到輸出OUT，即倒相器電路INV1的輸入端。
輸出晶體管MP5和MN5分別被PMOS驅動器控制單元103和NMOS驅動器控制單元104所控制。輸入定時控制單元102控制PMOS驅動器控制單元103和NMOS驅動器控制單元104的操作定時。僅當輸入信號IN的電平為高時，節點N3產生單觸發低信號并接通輸出晶體管MP5，并且僅當輸入信號IN的電平為低時，節點N4產生單觸發高信號并接通輸出晶體管MN5。從而，根據上述的配置，通過選擇合適的單觸發信號寬度防止了輸出晶體管MP5和MN5被同時接通。結果，導致輸出OUT以高速躍遷。
提供數據保持單元105用于在輸出晶體管MP5和MN5被截止的期間內將輸出數據保持一段時間。進一步，為了產生單觸發信號，通過由輸入定時控制單元102延遲輸入信號IN所產生的信號節點N2被傳輸到NMOS晶體管MN4和PMOS晶體管MP4的源極。從而，僅在輸入信號IN為高電平并且信號節點N2為低電平的期間內，NMOS晶體管MN4被接通一段時間期間，以便導致節點N3躍遷到低電平。僅在輸入信號IN為低電平并且信號節點N2為高電平的期間內，PMOS晶體管MP4被接通一段時間期間，以便導致節點N4躍遷到高電平。在其它的時間期間內，通過延遲輸入信號IN產生的經反相的信號N1被傳輸到PMOS晶體管MP3和NMOS晶體管MN3中的每個的柵極。從而，節點N3被預先充電到高電平且節點N4被預先充電到低電平。因此，單觸發信號的脈沖寬度與輸入定時控制單元102的延遲量相應。
PMOS晶體管MP3的源極電壓和柵極電壓分別被確定為電壓VDD和電壓VDDL。因此，當選擇了滿足表達式|Vt|＜|VDD-VDDL|的預先確定電壓的時，節點N3的電壓保持在VDD電平并且防止了漂移的出現。類似地，當NMOS晶體管MN3的閾值Vt被確定以便保持表達式Vt＜VSSH-VSS時，節點N4的電壓被保持在VSS電平并且防止了漂移的出現。PMOS晶體管MP3和NMOS晶體管MN3的容量被確定以便與NMOS晶體管MN4和PMOS晶體管MP4的容量相比足夠地小。因此，當NMOS晶體管MN4和PMOS晶體管MP4被接通時，PMOS晶體管MP3和NMOS晶體管MN3被略微接通來保持節點電勢。節點N3和N4的單觸發信號以高速下降和上升。進一步，一旦接收到從節點N1傳輸的信號，PMOS晶體管MP3和NMOS晶體管MN3進入導通狀態，并且一旦接收到從節點N2傳輸的信號，PMOS晶體管MP4和NMOS晶體管MN4進入截止狀態，以便節點N3和N4以高速上升和下降。從而，節點N3和N4的單觸發信號能夠以高速工作。
進一步，低電壓Vt被用于PMOS晶體管MP4和NMOS晶體管MN4來增加電路工作速度。還進一步，低電壓Vt被用于PMOS晶體管MP3和NMOS晶體管MN3來保持預充電容量。但是，根據小幅值信號電平，使用低電壓Vt可能變得不必要。特別地，全部晶體管可以以普通晶體管來構成。在該實施例中，輸入定時控制單元102包括第一級倒相器和具有小容量的下一級倒相器。但是，本發明可以實現而不局限于上述的配置，只要輸入信號IN的定時可以被延遲。
接下來，圖1中所示的電平變換電路的工作將參考圖示出輸入定時的圖7進行說明。當導致輸入信號IN從電壓VSSH(＞VSS)躍遷到電壓VDDL(＜VDD)時，PMOS晶體管MP1和NMOS晶體管MN1輸出預先確定的信號，該預先確定的信號是通過延遲輸入信號IN的定時并且將輸入信號IN反相到節點N1形成的。然后，PMOS晶體管MP2和NMOS晶體管MN2傳輸信號節點N2，信號節點N2是將節點N1的輸入信號延遲形成的。因為電壓VDDL和電壓VSSH作為電源被用于信號節點N1和信號節點N2，因此從節點N1和N2輸出的輸出信號實施VDDL操作和VSSH操作。雖然輸入信號IN被直接傳輸到NMOS晶體管MN4，但是NMOS晶體管MN4從截止狀態變化到接通狀態，以便從節點N3吸引預先確定數量的電荷。從而，節點N3的電平變低(VSSH)。
當節點N2從低電平充電到高電平時，NMOS晶體管MN4被截止。但是，因為節點N1在大約同時從高電平(VDDL)切換到低電平(VSSH)，所以節點N3被預先充電到VDD電平。一旦接收到節點N3的電壓，PMOS晶體管MP5被導通并且導致輸出OUT從低電平躍遷到高電平。因為此時節點N4被保持在低電平，所以NMOS晶體管MN5保持截止。特別地，NMOS晶體管MN5在PMOS晶體管MP5接通的期間內保持截止一段時間期間。因此，在該路徑中沒有直通電流產生。
當導致輸入信號IN從電壓VDDL(＜VDD)躍遷到電壓VSSH(＞VSS)時，輸入信號IN被直接傳輸到PMOS晶體管MP4。此時，PMOS晶體管MP4從截止狀態切換到接通狀態以便節點N4被充電到高電平(VDDL)。當節點N2從高電平被切換到低電平時，PMOS晶體管MP4截止。但是，因為節點N1在大約同時從低電平(VSSH)切換到高電平(VDDL)，所以從節點N4吸引預先確定數量的電荷，以便節點N4的電平降低到低(VSS)電平。一旦接收到節點N4的電壓，NMOS晶體管MN5被導通并且導致輸出OUT從高電平躍遷到低電平。因為此時節點N3被保持在高電平，PMOS晶體管MP5保持截止。特別地，PMOS晶體管MP5在NMOS晶體管MN5接通的期間內保持截止一段時間期間。因此，在該路徑中沒有直通電流產生。
從而，根據上述的實施例，輸入信號、經延遲和經反相的輸入信號、以及經延遲的輸入信號被傳輸到PMOS和NMOS驅動器控制單元103和104。進一步，驅動電路的晶體管的導通狀態和截止狀態被分別控制。因此，PMOS和NMOS驅動器控制單元103和104不產生直通電流并且以高速工作。進一步，因為PMOS和NMOS驅動器控制單元103和104產生的信號被傳輸到輸出單元的晶體管，因此晶體管可以被單獨地控制。從而，輸出單元不產生直通電流并且以高速工作。
(第二實施例)將參考圖8對本發明的第二實施例進行詳細地說明。在該圖中，示出了該實施例的電平變換電路的范例。該實施例的電平變換電路的工作與第一實施例的電平變換電路的工作幾乎一樣。但是，在第一實施例中，低電壓Vt被用于晶體管MP3、MN3、MP4和MN4來增加工作速度。結果，當每個使用低電壓Vt的晶體管的閾值下降或顯著的低時，產生電流Ioff(子閾值泄漏電流)，即使電壓Vgs是0V。當僅提供一個電平變換電路時，電流Ioff可以忽略。但是在VLSI電路包括多個上述的電平變換電路的情況下，上述泄漏電流的總數值經常顯著地高。因此，在本實施例中，電平變換電路提供有抵抗子閾值泄漏電流的措施。
當作為外部控制信號的信號ACT的電平為高并且電平變換電路工作時，子閾值泄漏電流是可接受的。但是，當信號ACT的電平為低并且電平變換電路不工作時，即，當電平變換電路堅持在待用狀態時，電平變換電路受到控制以便除去子閾值泄漏電流。
與第一實施例的電平變換電路相比，觸發信號以及將觸發信號ACT反相而產生的信號/ACT被作為附加控制信號，傳輸到本實施例的電平變換電路。進一步，下面的電路被增加到該實施例的電平變換電路。更特別地，包括PMOS晶體管MP8和NMOS晶體管MN8的轉換開關TG1被插入到節點N1和輸出OUT之間。進一步，包括PMOS晶體管MP7和NMOS晶體管MN7的轉換開關TG2被插入到節點N1和晶體管MP1和MN1之間。更進一步，PMOS晶體管MP6和MP9被并聯插入到PMOS晶體管MP3和電源電壓VDD之間。PMOS晶體管MP6的柵極被連接到節點N1并且PMOS晶體管MP9的柵極被連接到經反相的觸發信號/ACT。
另外，NMOS晶體管MN6和MN9被并聯插入到NMOS晶體管MN3和地電壓VSS之間。NMOS晶體管MN6的柵極被連接到節點N1并且NMOS晶體管MN9的柵極被連接到觸發信號ACT。當信號ACT為高電平時，轉換開關TG2被接通并且從PMOS晶體管MP1和NMOS晶體管MN1傳輸來的輸出被連接到節點N1。相反地，當信號ACT為低電平時，轉換開關TG2被截止，并且節點N1通過轉換開關TG1被連接到輸出OUT。當信號ACT為高電平時，轉換開關TG1保持截止。但是，當信號ACT為低電平時，轉換開關TG1被選擇以便將輸出OUT連接到節點N1。當外部傳輸信號ACT為低電平時，電平變換電路不工作并且保持在備用狀態。在這種狀態，電平變換電路受到控制以便除去子閾值泄漏電流。
將參考圖8中圖示出的電路說明第二實施例。
當觸發信號ACT為高電平時，這意味著非觸發信號/ACT為低電平，轉換開關TG2被接通并且轉換開關TG1被截止。因為信號節點N1被傳輸到PMOS晶體管MP6和NMOS晶體管MN6的每一個的柵極，所以PMOS晶體管MP6和NMOS晶體管MN6被接通和截止，與PMOS晶體管MP3和NMOS晶體管MN3的情況一樣。但是，因為PMOS晶體管MP9和NMOS晶體管MN9保持接通并且PMOS晶體管MP3和NMOS晶體管MN3被分別連接到它們的電源，因此，本實施例的電路配置和操作與第一實施例的相同。因此，將不再說明本實施例的電平變換電路的工作情況。
當觸發信號ACT的電平為低時，這就意味著非觸發信號/ACT的電平為高，PMOS晶體管MP9和NMOS晶體管MN9保持截止，包括PMOS晶體管MP7和NMOS晶體管MN7的轉換開關TG2保持截止，并且，包括PMOS晶體管MP8和NMOS晶體管MN8的轉換開關TG1保持接通。從包括PMOS晶體管MP1和NMOS晶體管MN1的第一級倒相器電路傳輸來的信號被中斷，以致在輸出OUT和節點N1之間出現短路。例如，當輸出OUT的電平為低時，信號節點N1的電平變為低，以便信號節點N1被傳輸到PMOS晶體管MP6和MP3、以及NMOS晶體管MN3和MN6的每一個柵極。PMOS晶體管MP6和MP3被接通且NMOS晶體管MN3和MN6被截止。因為NMOS晶體管MN3的閾值為低，所以即使NMOS晶體管MN3被截止也可能出現子閾值泄漏電流。但是，因為NMOS晶體管MN6被截止，所以在電源電壓VDD和地電壓VSS之間沒有泄漏電流產生。
進一步，當輸出OUT的電平為高時，信號節點N1的電平變為高，以致信號節點N1被傳輸到PMOS晶體管MP6和MP3、以及NMOS晶體管MN3和MN6的每一個柵極。PMOS晶體管MP6和MP3被截止且NMOS晶體管MN3和MN6被接通。因為NMOS晶體管MN3的閾值為低，所以即使PMOS晶體管MP3被截止也可能出現子閾值泄漏電流。但是，因為PMOS晶體管MP6被截止，所以在電源電壓VDD和地電壓VSS之間沒有泄漏電流產生。
在電平變換電路處于待用狀態期間，當導致輸入信號IN躍遷并且NMOS晶體管MN4和PMOS晶體管MP4的接通狀態和截止狀態發生改變時，根據從輸出OUT傳輸來的信號，在電源電壓VDD和地電壓VSS之間的PMOS晶體管MP6或NMOS晶體管MN6被截止。因此，節點N3和/或節點N4的電平不變化并且輸出電平保持在鎖定狀態。
如上所述，當電平變換電路處于待用狀態時，信號ACT被保持在低電平，這意味著非觸發信號/ACT保持在高電平。從而，當輸出數據被保持時，子閾值泄漏電流可以被去除。雖然在本實施例中信號OUT被反饋到節點N1，但是任何作為信號OUT工作的信號都可以被用來作為反饋到節點N1的信號。進一步，根據本實施例，提供了PMOS晶體管MP6和MP9、和NMOS晶體管MN6和MN9，作為抵抗子閾值泄漏電流的的措施，該子閾值泄漏電流由PMOS晶體管MP3和NMOS晶體管MN3產生。但是，當PMOS晶體管MP3和NMOS晶體管MN3不產生子閾值泄漏電流時，PMOS晶體管MP6和MP9、以及NMOS晶體管MN6和MN9是不必要的。
本實施例使得能夠去除當低電壓Vt被用于上述的晶體管時所產生的子閾值泄漏電流。因此，電壓Vt的閾值可以被降低，以致比第一實施例中的低。從而，本實施例中電平變換電路的工作速度可以進一步增加。
(第三實施例)下面，將參考圖9和10對本發明的第三實施例進行詳細地說明。圖9示出了本實施例的電平變換電路的范例。雖然除了當輸入出現變化時，包括第一實施例的PMOS晶體管MP5和NMOS晶體管MN5的輸出晶體管都保持截止，但是本實施例的包括PMOS晶體管MP12和NMOS晶體管MN12的輸出晶體管在所有時間都被驅動。因此，本實施例的電平變換電路無需上述的數據保持單元。本實施例的電平變換電路包括輸入端子1，輸入信號IN傳輸到該端子，PMOS驅動器控制單元402，NMOS驅動器控制單元403，PMOS側電源控制單元404，NMOS側電源控制單元405，輸出晶體管MP12和MN12，用于輸出輸出信號OUT的輸出端子2，和輸出數據反饋單元406。
PMOS驅動器控制單元402包括NMOS晶體管MN11、PMOS晶體管MP10、和PMOS晶體管MP15。NMOS晶體管MN11的源極被連接到電源VSSH，其柵極被連接到輸入信號IN，并且其漏極被連接到節點N5。PMOS晶體管MP10的源極被連接到節點N5，其柵極被連接到輸出信號OUT，并且其漏極被連接到PMOS晶體管MP15。PMOS晶體管MP15的漏極被連接到PMOS晶體管MP10的源極，其柵極被連接到地電壓VSS，并且其源極被連接到電源VDD。在此，NMOS晶體管MN11是使用低電壓Vt的晶體管。
當導致輸入信號IN從電平VSSH躍遷到電平VDDL，NMOS晶體管MN11被接通并將電源電勢VSSH傳輸到節點N5。輸出信號OUT是低電平輸出并且而后PMOS晶體管MP10被接通。但是，因為連接到PMOS晶體管MP10的源極側的PMOS晶體管MP15的驅動能力降低，以致與NMOS晶體管MN11的驅動能力相比幾乎可以忽略，導致節點N5以高速躍遷到電平VSSH。當輸出信號OUT的電平變為高電平時，PMOS晶體管MP10被截止。
當導致輸入信號IN從電平VDDL躍遷到電平VSSH時，NMOS晶體管MN11被截止。此時，輸出信號OUT為高電平輸出且PMOS晶體管MP10保持截止。節點N5保持在電平VSSH。因為輸出信號OUT依據從NMOS驅動器控制單元403傳輸來的信號而變成低電平輸出，PMOS晶體管MP10被接通且節點N5的電平變成高電平。
NMOS驅動器控制單元403包括PMOS晶體管MP11、NMOS晶體管MN10、和NMOS晶體管MN15。PMOS晶體管MP11的源極被連接到電源VDDL，其柵極被連接到輸入信號IN，并且其漏極被連接到節點N6。NMOS晶體管MN10的漏極被連接到節點N6，其柵極被連接到輸出信號OUT，并且其源極被連接到NMOS晶體管MN15的漏極。NMOS晶體管MN15的漏極被連接到NMOS晶體管MN10的源極，其柵極被連接到電源電壓VDD，并且其源極被連接到地電壓VSS。在此，PMOS晶體管MP11是使用低電壓Vt的晶體管。
當導致輸入信號IN從電平VSSH躍遷到電平VDDL時，PMOS晶體管MP11被截止。此時，輸出信號OUT為低電平輸出，且NMOS晶體管MN10保持截止，且節點N6保持在電平VDDL。因為輸出信號OUT依據從PMOS驅動器控制單元402傳輸來的信號而變成高電平輸出，所以NMOS晶體管MN10被接通且節點N6的電平變成低電平。
當導致輸入信號IN從電平VDDL躍遷到電平VSSH時，PMOS晶體管NP11被接通，以致節點N6變成高電平VDDL。此時，輸出信號OUT為高電平輸出且NMOS晶體管MN10保持接通。但是，因為連接到NMOS晶體管MN10的源極側的NMOS晶體管MN15的驅動能力降低，以致與PMOS晶體管MP11的驅動能力相比幾乎可以忽略，導致節點N6以高速躍遷到電平VDDL。當輸出信號OUT的電平變為低電平時，NMOS晶體管MN10被截止。
輸出晶體管MP12的漏極被連接到輸出信號OUT，其柵極被連接到節點N5，并且其源極被連接到PMOS晶體管MP13的漏極。進一步，輸出晶體管MP12的漏極被連接到輸出信號OUT，其柵極被連接到節點N6，并且其源極被連接到NMOS晶體管MN13的漏極。
PMOS側電源控制單元404包括PMOS晶體管MP13和PMOS晶體管MP14。PMOS晶體管MP13的漏極被連接到PMOS晶體管MP12的源極，其柵極被連接到節點N7，并且其源極被連接到電源VDD。PMOS晶體管MP14的漏極被連接到PMOS晶體管MP12的源極，其柵極被連接到節點N8，其源極被連接到電源電壓VDD。通過延遲輸出信號OUT產生的信號N8被傳輸到PMOS晶體管MP14的柵極，且通過將輸出信號OUT反相產生的信號N7被傳輸到PMOS晶體管MP13的柵極。
當導致輸入信號IN從電平VSSH躍遷到電平VDDL時，導致節點N5以高速從電平VDD躍遷到電平VSSH，PMOS晶體管MP12被接通，且輸出信號OUT的電平以高速升高到高電平。在上述躍遷出現時，PMOS晶體管MP14保持接通且PMOS晶體管MP13保持截止。因為使用了滿足表達式Ids(MP14)＞＞Ids(MP13)和Ids(MP12)＞＞Ids(MP13)的預先確定的晶體管，在導致節點N5躍遷的過程中，PMOS晶體管MP14保持接通。接下來，從電源VDD傳輸出大電流且導致輸出信號OUT以高速躍遷到高電平。在躍遷結束且輸出信號OUT變化之后，PMOS晶體管MP14被截止且PMOS晶體管MP13被接通。因此，電流源容量的大部分都損失了，雖然數據可以被保持在那里。
當導致輸入信號IN從電平VDDL躍遷到電平VSSH時，導致節點N5從電平VSSH躍遷到電平VDD。在上述躍遷出現時，PMOS晶體管MP14保持截止且PMOS晶體管MP13保持接通。進一步，通過PMOS晶體管MP12和MP13在輸出OUT和電源VDD之間出現短路。但是，因為電流源容量的大部分都損失了，所以NMOS側電源控制單元405的NMOS晶體管MN14和MN12被接通，以便導致輸出OUT以高速躍遷到低電平。由于變成低電平，PMOS驅動器控制單元402的PMOS晶體管MP10被接通。從而，節點N5被充電到電平VDD，并且PMOS晶體管MP12被截止。
NMOS側電源控制單元405包括NMOS晶體管MN13和NMOS晶體管MN14。NMOS晶體管MN13的漏極被連接到NMOS晶體管MN12的源極，其柵極被連接到節點N7，其源極被連接到電源VSS。NMOS晶體管MN14的漏極被連接到NMOS晶體管MN12的源極，其柵極被連接到節點N8，其源極被連接到電源電壓VSS。通過延遲輸出信號OUT產生的信號N8被傳輸到NMOS晶體管MN14的柵極，且通過將輸出信號OUT反相產生的信號N7被傳輸到NMOS晶體管MN13的柵極。
當導致輸入信號IN從電平VSSH躍遷到電平VDDL時，導致節點N6從電平VDDL躍遷到電平VSS。在上述躍遷出現時，NMOS晶體管MN14保持截止且NMOS晶體管MN13保持接通。如在PMOS側電源控制單元404的情況下一樣，使用了滿足表達式Ids(MP14)＞＞Ids(MP13)和Ids(MP12)＞＞Ids(MP13)的預先確定的晶體管。因此，通過NMOS晶體管MN12和MN13在輸出OUT和電源VSS之間出現短路電路。但是，因為電流源容量的大部分都損失了，所以PMOS側電源控制單元404的PMOS晶體管MP14和MP12被接通，從而導致輸出信號OUT以高速躍遷到高電平。由于躍遷到高電平，NMOS驅動器控制單元403的NMOS晶體管MN10被接通。從而，預先確定數量的電荷被從節點N6汲取出，以致節點N6的電平降低到電平VSS，并且NMOS晶體管MN12被截止。
當導致輸入信號IN從電平VDDL躍遷到電平VSSH時，PMOS晶體管MP11被接通，導致節點N6以高速從電平VSS躍遷到電平VDDL，NMOS晶體管MN12被接通，且輸出信號OUT的電平以高速降低到低電平。因為在上述躍遷出現時，NMOS晶體管MN14保持接通，所以大電流被施加，以致輸出信號OUT的電平變成低電平。在躍遷結束且輸出信號OUT變化之后，NMOS晶體管MN14被截止且NMOS晶體管MN13被接通。因此，電流源容量的大部分都損失了，雖然數據可以被保持在那里。
輸出數據反饋單元406包括倒相電路INV3和倒相電路INV4。輸出信號OUT被輸入到倒相電路INV3。倒相電路INV3傳輸經反相的信號N7。一旦接收經反相的信號N7時，倒相電路INV4將該輸入信號延遲并倒相，從而產生并輸出信號N8。進一步，當輸出信號OUT被導致從低電平躍遷到高電平時，節點N7最好以高速將NMOS晶體管MN13截止。相反地，節點N8需要被延遲，以便在輸出信號的躍遷完成之后將PMOS晶體管MP17截止。在該實施例中，倒相器INV4作為延遲裝置。但是，延遲裝置是可以通過已知的技術實現的，而不局限于上述的一級倒相器INV4。
在本實施例中，PMOS驅動器控制單元402和NMOS驅動器控制單元403都可以高速上升和下降。例如，當NMOS晶體管MN11被接通，與被吸取到電源VSSH的電流相比，從電源VDD傳輸到節點N5的電流可以忽略，從而導致節點N5以高速躍遷。進一步，當PMOS晶體管MP12被接通，與從PMOS側電源控制單元404傳輸來的電流相比，從輸出OUT傳輸到NMOS側電源控制單元405的電流可以忽略。因此，很難在輸出晶體管MP12和MN12之間產生直通電流。結果，輸出晶體管MP12和MN12可以高速工作。在輸出晶體管MP12和MN12工作之后，由輸出數據反饋單元406保持的電流被傳輸。因此，獲得了與第一實施例相同的效果。
如已經說明的那樣，根據第三實施例的配置，驅動晶體管的接通側被設計為面向高速，并且其截止側被設計為面向低速。但是，因為驅動晶體管的電源受到控制，從而控制輸出，所以可以在不使用輸出數據保持電路的情況下獲得與第一實施例相同的效果。
(第四實施例)下面，將參考圖11對本發明的第四實施例進行詳細地說明。該圖示出了本實施例的電平變換電路的范例。與第三實施例的電平變換電路相比，該電平變換電路具有抵抗子閾值泄漏電流的措施。進一步，當作為外部控制信號的信號ACT為高電平時，該實施例的電平變換電路工作且接受子閾值泄漏電流。特別地，當電平變換電路處于工作狀態時，本實施例的電平變換電路接受子閾值泄漏電流。相反地，當信號ACT為低電平時，電平變換電路不工作。特別地，電平變換電路進入待用狀態。在待用狀態，電平變換電路受到控制，以便去除子閾值泄漏電流。
本實施例的電平變換電路與第三實施例中的電平變換電路的不同之處在于經反相的觸發信號/ACT被傳輸到PMOS晶體管MP15的柵極，觸發信號ACT被傳輸到NMOS晶體管MN15的柵極，并且信號節點N9被傳輸到PMOS晶體管MP14和NMOS晶體管MN14的每一個的柵極。進一步，轉換開關TG3和TG4被增加到該實施例的電平變換電路中。轉換開關TG3接收信號節點N7，作為輸入信號，并且當經反相的觸發信號/ACT的電平為高時被觸發，以便將信號節點N7傳輸到節點N9。轉換開關TG4接收信號節點N8，作為輸入信號，并且當觸發信號ACT的電平為高時被觸發，以便將信號節點N8傳輸到節點N9。
在本實施例中，觸發信號ACT作為外部控制信號被傳輸到NMOS晶體管MN15，并且經反相的觸發信號/ACT作為控制信號被傳輸到PMOS晶體管MP15。當觸發信號ACT的電平為高時，電平變換電路工作，與第三實施例中的情況相同。但是，當觸發信號ACT的電平為低時，電平變換電路進入備用狀態，其中PMOS晶體管MP15和NMOS晶體管MN15被截止以致電流被切斷。進一步，當電平變換電路處于工作狀態時，信號節點N8被使用，作為反饋信號被傳輸到PMOS晶體管MP14和NMOS晶體管MN14。但是，當電平變換電路處于待用狀態時，信號節點N7作為反饋信號被使用。特別地，當電平變換電路處于待用狀態時，信號節點N7被連接到PMOS晶體管MP6和MP7、以及NMOS晶體管MN6和MN7的柵極。
下面，將說明本實施例的電平變換電路的工作。當電平變換電路處于工作狀態時(觸發信號ACT的電平為高且經反相的觸發信號/ACT的電平為低時)，PMOS晶體管MP15的柵極保持在低電平且NMOS晶體管MN15的柵極保持在高電平。節點N9被連接到節點N8并且轉換開關TG2被接通。因為本實施例的連接和工作與第三實施例的相同，所以不再說明本實施例的工作。
當電平變換電路處于待用狀態時(觸發信號ACT的電平為低且經反相的觸發信號/ACT的電平為高時)，PMOS晶體管MP15和NMOS晶體管MN15被截止。因為低電壓Vt被用于NMOS晶體管MN11和PMOS晶體管MP11，所以可能出現子閾值泄漏電流，并且待用泄漏電流可能增加，即使柵—源極電壓Vgs為0V。但是，因為PMOS晶體管MP15和NMOS晶體管MN15被經反相的觸發信號/ACT和觸發信號ACT截止，到電源VDD和電源VSS的電流通路被切斷，以致PMOS和NMOS驅動器電路不產生備用泄漏電流。進一步，轉換開關TG3被接通，節點N9被連接到節點N7，并且從節點N7傳輸出來的信號被傳輸到PMOS側電源控制單元404的PMOS晶體管MP13和MP14以及NMOS側電源控制單元405的NMOS晶體管MN13和MN14中的每一個，以便PMOS側的晶體管或NOMS側的晶體管都被截止。因此，對于輸出級的晶體管，到電源VDD的電流路徑或到電源VSS的電流路徑都被切斷了，以致電源控制電路不產生待用泄漏電流。
當電平變換電路處于待用狀態(觸發信號ACT的電平為低且經反相的觸發信號/ACT的電平為高時)并且導致輸入信號IN從電平VSSH躍遷到電平VDDL時，電平變換電路的工作情況如下。當導致輸入信號IN躍遷到電平VSSH時，PMOS晶體管MP11被接通，節點N6為高電平，NMOS晶體管MN12、MN13和MN14被接通，并且處于低電平信號的輸出信號OUT被傳輸。當導致輸入信號IN躍遷到電平VDDL時，PMOS晶體管MP11被截止，NMOS晶體管MN11被接通，節點N5的電平變為低電平，并且PMOS晶體管MP12被接通。雖然而后PMOS晶體管MP11被截止，但是NMOS晶體管MN10和MN15也被截止。因此，節點N6保持在電平VDDL，該電平為高電平，并且NMOS晶體管MN12保持接通。因此，PMOS晶體管MP12和NMOS晶體管MN12都被接通。依據輸出信號OUT，PMOS晶體管MP13和MP14被截止并且NMOS晶體管MN13和MN14被接通。進一步，輸出信號被保持在低電平，以便保持先前的輸出狀態。進一步，因為PMOS晶體管MP11、和NMOS晶體管MN10和MN15保持截止，所以節點N6產生漂移。但是，因為PMOS晶體管MP11使用低電壓Vt，所以節點N6由于子閾值泄漏電流而保持在高電平。
當導致輸入信號IN從電平VDDL躍遷到電平VSSH時，電平變換電路的工作情況如下。當輸入信號IN處于電平VDDL時，NMOS晶體管MN11被接通，節點N5保持在低電平，PMOS晶體管MP12、MP13和MP14被接通，并且輸出信號OUT處于高電平。當導致輸入信號IN躍遷到電平VSSH時，NMOS晶體管MN11被截止，且PMOS晶體管MP11被接通，以致節點N6的電平變為高電平，并且NMOS晶體管MN12被接通。雖然而后NMOS晶體管MN11被截止，但是PMOS晶體管MP10和MP15也被截止。因此，節點N5保持在電平VSSH，該電平為低電平，并且PMOS晶體管MP12保持接通。
因此，PMOS晶體管MP12和NMOS晶體管MN12都被接通。由于輸出信號OUT，PMOS晶體管MP13和MP14被接通并且NMOS晶體管MN13和MN14被截止。進一步，輸出信號被保持在高電平，以便保持先前的輸出狀態。進一步，因為而后PMOS晶體管MP15和MP10、和NMOS晶體管MN11保持截止，所以節點N5產生漂移。但是，因為NMOS晶體管MN11使用低電壓Vt，所以節點N5由于子閾值泄漏電流保持在低電平。
如已經說明的那樣，在電平變換電路處于待用狀態期間，導致輸入信號IN從一個電平躍遷到另一個電平時，PMOS晶體管MP13和MP14的每一個的柵極、和NMOS晶體管MN13和MN14的每一個的柵極被連接到節點N7。因此，根據輸出信號OUT的前一個狀態，PMOS晶體管MP13和MP14、和NMOS晶體管MN13和MN14保持接通/截止。因此，輸出信號OUT保持在前一個輸出狀態。進一步，即使轉換開關TG3和TG4是作為CMOS傳輸電柵來形成的，但是其配置也是可以被修改的，只要它能產生與本實施例中相同的信號。
從而，通過使用待用信號并將輸出信號OUT反饋到輸出驅動級，本實施例允許切斷由電源提供的功率，從而獲得了用于保持輸出數據的數據保持功能。因此，根據本實施例，在電平變換電路處于待用狀態的過程中，即使電平變換電路包括使用低電壓Vt的晶體管，子閾值泄漏電流也可以被去除。進一步，當子閾值泄漏電流被去除時，輸出數據可以被保持。
(第五實施例)下面，將參考圖12對本發明的第五實施例進行詳細地說明。該圖示出了半導體電路的范例，其中，在驅動器電路700和電平變換電路701之間臨時地緩沖有小幅值配線。近年來，半導體電路的規模日益變大，并且電路之間的小幅值配線日益變長。因此，波形更適宜在通過半導體的中途被整形。根據該實施例，從驅動器電路700傳輸過來的小幅值信號被緩沖電路702整形和放大，并且作為小幅值信號被傳輸到電平變換電路701。緩沖電路702包括根據第一到第四實施例中的任何一個的電平變換電路703，并包括驅動器單元704。一旦接收到從電平變換電路703傳輸過來的輸出信號，驅動器電路704傳輸小幅值電平信號。
緩沖電路702的驅動器單元704包括PMOS晶體管MP16和NMOS晶體管MN16。從電平變換電路703傳輸過來的輸出信號被傳輸到PMOS晶體管MP16和NMOS晶體管MN16的每一個柵極。PMOS晶體管MP16的源極被連接到電源VDDL，NMOS晶體管MN16的源極被連接到電源VSSH。PMOS晶體管MP16和NMOS晶體管MN16的漏極起到緩沖電路702的輸出端的作用。電平變換電路703把具有小幅值VDDL到VSSH的輸入信號轉換成具有幅值VDD-VSS的信號。一旦接收到該VDD-VSS幅值信號，驅動器電路704再次傳輸作為VDDL-VSSH的小幅值信號的信號。從而，因為提供了緩沖電路702，在構成半導體電路的電路之間的配線可以被分割并且信號可以被整形。因此，半導體電路可以高速和高精確度地傳輸信號。
正如已經說明的那樣，該實施例的半導體電路包括用于在通過長配線的中途接收小幅值信號的緩沖電路702，以便小幅值信號被轉換成全幅值信號，并且進一步被再次轉換成小幅值信號。因此，即使配線長度增加，小幅值信號也可以在上升沿和/或下降沿以高速工作。
從而，已經詳細說明了本發明的實施例。但是，本發明并不局限于上述的實施例，而是可以多種方式被修改而不偏離所附權利要求的范圍。例如，雖然從驅動器電路傳輸過來的信號的小幅值電平已經被描述為電平VDDL和電平VSSH，但是在圖8和9中所示的小幅值電平也可以被改變成電平VDDL和電平VSS，或者電平VDD和電平VSSH。
權利要求
1.一種電平變換電路，包括輸入定時控制單元；PMOS驅動器控制單元；NMOS驅動器控制單元；和輸出單元，其中，輸入定時控制單元接收小幅值信號來作為輸入信號，并且輸出通過將輸入信號反相產生的經反相的輸入信號，并且，其中，輸出單元根據至少兩個控制信號來輸出大幅值輸出信號，該兩個控制信號是由PMOS驅動器控制單元和NMOS驅動器控制單元輸出的，并且輸入信號和經反相的輸入信號被傳輸到該PMOS驅動器控制單元和NMOS驅動器控制單元。
2.根據權利要求1的電平變換電路，其中，輸出單元包括第一和第二晶體管，當第一晶體管被接通并輸出第一大幅值電平信號時，第二晶體管被截止，和當第二晶體管被接通并輸出第二大幅值電平信號時，第一晶體管被截止。
3.根據權利要求1的電平變換電路，其中，輸出單元進一步包括數據保持單元，每個由PMOS驅動器控制單元和NMOS驅動器控制單元輸出的控制信號是單觸發脈沖控制信號，輸出單元依據所述單觸發脈沖信號而輸出大幅值輸出信號，并且數據保持單元保持大幅值輸出信號。
4.根據權利要求3的電平變換電路，其中，所述單觸發脈沖信號的脈沖寬度與用于產生所述經反相的輸入信號的延遲時間相對應。
5.根據權利要求1的電平變換電路，其中，通過使用非觸發信號分隔經反相的輸入信號，以及將大幅值輸出信號連接到PMOS驅動器控制單元和NMOS驅動器控制單元，大幅值信號被保持。
6.一種電平變換電路，包括輸入定時控制單元，用于接收第三和第四電源電平小幅值輸入信號；PMOS驅動器控制單元；NMOS驅動器控制單元；和輸出單元，用于傳輸第一和第二電源電平大幅值輸出信號，所述輸出單元包括用于傳輸第一電源電平大幅值輸出信號的第一晶體管和用于傳輸第二電源電平大幅值輸出信號的第二晶體管；其中，當第一晶體管被接通時，第二晶體管被截止，并且當第二晶體管被接通時，第一晶體管被截止。
7.根據權利要求6的電平變換電路，其中，當導致小幅值輸入信號從第四電源電平躍遷到第三電源電平時，由PMOS驅動器控制單元輸出的輸出信號被導致從第一電源電平躍遷到第四電源電平，并且在預定的時間之后躍遷到第一電源電平，和當導致小幅值輸入信號從第三電源電平躍遷到第四電源電平時，由NMOS驅動器控制單元輸出的輸出信號被導致從第二電源電平躍遷到第三電源電平，并且在預定的時間之后躍遷到第二電源電平。
8.根據權利要求6的電平變換電路，其中，所述PMOS驅動器控制單元包括第三晶體管，用于將第四電源電平輸出信號輸出到輸出單元；和第五晶體管，其中，第五晶體管在第三晶體管被接通的瞬間將由第一電源輸出的功率停止一段時間期間，并且在在第三晶體管被截止的時間期間內將第一電源輸出的功率接收一段時間期間，其中，NMOS驅動器控制單元包括第四晶體管，用于將第三電源電平輸出信號輸出到輸出單元；和第六晶體管，和其中，第六晶體管在第四晶體管被接通的瞬間將由第二電源輸出的功率停止一段時間期間，并且在第四晶體管被截止的期間內將由第二電源輸出的功率接收一段時間期間。
9.根據權利要求6的電平變換電路，其中，通過使用非觸發信號，將輸出到第五和第六晶體管的每一個柵極的輸入信號切換到輸出信號，以保持該輸出信號。
10.一種電平變換電路，包括PMOS驅動器控制單元；NMOS驅動器控制單元；PMOS側電源控制單元；NMOS側電源控制單元；輸出單元；和輸出反饋單元，其中，PMOS驅動器控制單元和NMOS驅動器控制單元中的每一個都將小幅值輸入信號進行反相并且將經反相的小幅值輸入信號輸出到輸出單元，和其中，一旦接收到所述經反相后并輸出的信號和/或經延遲的輸出信號，PMOS側電源控制單元和NMOS側電源控制單元中的每一個均在輸出單元與至少一個電源之間建立和/或不建立電氣連續性，以便輸出單元輸出大幅值輸出信號。
11.根據權利要求10的電平變換電路，其中，在輸出信號被延遲的時間期間內，PMOS側電源控制單元和NMOS側電源控制單元中的每一個都將大電流輸出到輸出單元。
12.一種電平變換電路，包括輸出單元，該輸出單元包括用于輸出第一電源電平大幅值信號的第一晶體管和用于輸出第二電源電平大幅值信號的第二晶體管；PMOS側電源控制單元，包含第三和第四晶體管的；和NMOS側電源控制單元，包含第五和第六晶體管，其中，當第一晶體管被接通時，第三晶體管被接通，在第二電源電平大幅值輸出信號被導致躍遷到第一電源電平大幅值輸出信號之后，第三晶體管被截止，并且第四晶體管被接通，和當第二晶體管被接通時，在第一電源電平大幅值輸出信號被導致躍遷到第二電源電平大幅值輸出信號之后，第五晶體管被截止，并且第六晶體管被接通。
13.根據權利要求12的電平變換電路，其中，在第一電源電平大幅值輸出信號被導致躍遷到第二電源電平大幅值輸出信號之后，第三和第六晶體管中的每一個都被接通；和在第二電源電平大幅值輸出信號被導致躍遷到第一電源電平大幅值輸出信號之后，第四和第五晶體管中的每一個都被接通。
14.根據權利要求12的電平變換電路，進一步包括PMOS驅動器控制單元，用于接收第三電源電平小幅值輸入信號和第四電源電平小幅值輸入信號；以及NMOS驅動器控制單元，用于接收第三電源電平小幅值輸入信號和第四電源電平小幅值輸入信號；其中，PMOS驅動器控制單元，一旦接收到第三電源電平小幅值輸入信號時，則輸出第四電源電平的輸出信號，并且一旦接收第四電源電平小幅值輸入信號時，則輸出第一電源電平的輸出信號，和其中，NMOS驅動器控制單元，通過接收第四電源電平小幅值輸入信號，傳輸第三電源電平的輸出信號，并且通過接收第三電源電平小幅值輸入信號，傳輸第二電源電平的輸出信號。
15.根據權利要求12的電平變換電路，其中，PMOS驅動器控制單元包括第七晶體管，用于輸出第四電源電平輸出信號；和第八晶體管，用于輸出第一電源電平輸出信號，其中，當第四電源電平輸出信號被輸出時，第八晶體管被截止，當第一電源電平輸出信號被輸出時，第七晶體管被截止，其中，NMOS驅動器控制單元包括第九晶體管，用于輸出第三電源電平輸出信號；和第十晶體管，用于輸出第二電源電平輸出信號，其中，當第三電源電平輸出信號被輸出時，第十晶體管被截止，和當第二電源電平輸出信號被輸出時，第九晶體管被截止。
16.根據權利要求12的電平變換電路，其中，通過使用觸發信號和/或非觸發信號，使PMOS驅動器控制單元與第一電源中分離，并且使NMOS驅動器控制單元與第二電源中分離。
17.一種半導體電路，其包括根據權利要求1、6、10、和12中任意一個的電平變換電路。
18.一種半導體電路，包括驅動電路，用于產生第三電源電平信號和第四電源電平信號；緩沖電路，接收第三電源電平信號和第四電源電平信號并將其轉換成第一電源電平信號和第二電源電平信號，并將轉換后的信號作為第三電源電平信號和第四電源電平信號進行輸出，和電平變換電路，接收由所述緩沖電路輸出的第三電源電平信號和第四電源電平信號并將其轉換成第一電源電平信號和第二電源電平信號。
全文摘要
獨立的控制信號被傳輸到驅動器控制單元和輸出晶體管的每一個，以便防止驅動器控制單元和輸出晶體管在同時工作并且減小直通電流。因為晶體管比率可以被容易地選擇，因此增加了設計靈活性程度，并取得速度方面的改善。
文檔編號H03K19/0175GK1674443SQ200510056000
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月24日 優先權日2004年3月24日
發明者永田恭一 申請人:爾必達存儲器株式會社